核磁共振成像

单击此处编辑母版标题样式,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,核磁共振成像,Nuclear Magnetic Resonance Imaging,NMRI & MRI & NMR CT,杨迪,核磁共振成像（MRI）,发展概况,1,基本原理,2,主要应用,3,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI的发展概况,1924年,，,Pauli,预言,了,核磁共振（NMR）,的基本理论（有些核同时具有自旋和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂）,Felix Bloch,1905-1983,Edward Mills,Purcell,1912-1997,E.Pauli,1900,-,1958,1946年,，,Harvard大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证实NMR现象，并于,1952,年分享了诺贝尔物理,学,奖,。,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI的发展概况,1973年，美国纽约州立大学科学家Lauterbur,利用梯度磁场进行空间定位,，获得第一幅磁共振图像，并于2003年获诺贝尔生理学奖。,Paul C. Lauterbur,从核磁共振现象发现到MRI技术成熟这几十年期间，有关核磁共振的研究领域曾在三个领域（物理、化学、生理学或医学）内获得了,6次诺贝尔奖,，足以说明此领域及其衍生技术的重要性。,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI的发展概况,世界上第一台MRI装置,现代MRI装置,世界上第一张MRI图像,现代MRI图像,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI的基本原理,核磁共振的微观描述,旋进轨道,自旋轴,B,0,自旋轨道,由于原子核具有自旋，则有自旋角动量,原子核磁矩,I,与角动量,P,I,有如下关系：,一、拉莫尔进动,可以得到拉莫尔进动方程：,朗德因子,原子核的旋磁比,核磁共振成像：,是利用核磁共振原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI的基本原理,二、塞曼能级,在外磁场的作用下原子核的自旋在空间中只能取特定的几种方向，空间取向不同，其能量也不同，形成能级分裂，这种现象称为塞曼效应，分裂后的能级称为塞曼能级。,以氢原子核（质子）为例：,无外磁场时氢原子核的自旋呈随意分布。,B,0,置于磁场中氢原子自旋取向有规律,（高能态）,（低能态）,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI的基本原理,三、核磁共振,若在与外磁,B,0,垂直的平面内施加一个射频脉冲，其能量正好等于核的两相邻能级间的能量差时，原子核会强烈吸收射频脉冲的能量，从低能级跃迁到高能级，这种现象称为,核磁共振,。,核磁共振产生条件：,(1) 核有自旋(磁性核),(2) 外磁场，能级分裂,(3),脉冲能量与原子核相邻能级能量差相等，即,h=,E=g,I,N,B,0,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI的基本原理,核磁共振的宏观描述,核磁共振的宏观状态,（1）,没有外磁场时原子核的分布：,（2）,外磁场作用下原子核的分布：,M,0,0,产生纵向磁化；,M,xy,=0,，无横向磁化；,总磁化矢量M=0,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI的基本原理,（3）,外加射频后原子核的分布,：,M,0,0,，产生横向磁化；,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI的基本原理,核磁弛豫,当射频脉冲停止作用后，宏观磁化向量并不立即停止转动，而是逐渐向平衡态恢复，最后回到平衡位置的过程称为,弛豫过程,弛豫过程包括两方面：,纵向弛豫过程,:,纵向磁化分量,M,0,的恢复,横向弛豫过程,:,横向磁化分量,M,XY,的衰减,一、纵向弛豫,脉冲停止后，,原子核放出能量从高能级向低能级跃迁，,纵向磁化分量M,0,逐渐增大到最初值，,也,称为,T1,弛豫,过程,又称,自旋,晶格弛豫,。,二、横向弛豫,脉冲停止后，核子的自旋作用造成相邻核子的相位分散，横向磁化分量M,XY,很,快衰减到零，,也称为,T2,弛豫,过程，又称为,自旋自旋弛豫,。,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI的基本原理,纵向弛豫,横向弛豫,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI的基本原理,三、弛豫时间,当去掉,当去掉射频脉冲时，质子从激发态恢复到原来的平衡态所需时间。,（1）纵向弛豫时间T1,定义：纵向磁化矢量M,Z,从零增加到最终平衡状态63%的时间,特点：,（1）,T,1,是组织的固有特性，给定外磁场的情况下不同组织的,T,1,值不同；,（2）,T,1,受外磁场的影响，同一组织当外磁场强度越强则,T,1,越长；,（2）横向弛豫时间T2,定义：横向磁化矢量M,xy,衰减到原来值的37%的时间,特点：,(,1,),T,2,与磁场强度无关；,(,2,),不同成分和结构的组织,T,2,不同，例如水的,T,2,值要比固体的,T,2,值长,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI的主要应用医学应用,组织,T1（ms),T2(ms),脂肪,240,60,白质,390,76,灰质,490,91,脑脊液,1400,140,肌肉,370,50,人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间含水比例不同,，,即含氢核数的多少不同,，这就造成了,氢核密度、弛豫时间T1、T2三个参数的差异，是MRI用于临床诊断最主要的物理基础。,组织,T1（ms),病变,T1(ms),肝,140170,肝癌,300450,胰,180200,胰腺癌,275400,肾,300340,肾癌,400450,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI医学应用,T1值越小,纵向磁化矢量恢复越快,信号强度越高（白）,T1值越大,纵向磁化矢量恢复越慢,信号强度越低（黑）,脂肪的T1值约为250毫秒,信号高（白）,水的T1值约为3000毫秒,信号低（黑）,反映组织纵向弛豫的快慢！,脂,水,T,1加权图像,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI医学应用,T,2加权图像,反映组织,横向,弛豫的快慢！,T2值小,横向磁化矢量减少快,信号低（黑）,T2值大,横向磁化矢量减少慢,信号高（白）,水T2值约为3000毫秒,信号高,脑T2值约为100毫秒,信号低,脑,水,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,MRI医学应用,人体大多数病变的T1值、T2值均较相应的正常组织大，因而在T1,加权图像,上比正常组织,“,黑,”,，在T2,加权图像,上比正常组织,“,白,”,。,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,相比与传统CT,MRI应用于医学的优势,利用人体氢质子的MR信号成像，从分子水平提供诊断信息,任意截面成像,对,软组织,有极好的分辨力,不受骨伪影的影响,没有电离辐射，对,人,体无不良影,响,MRI的局限性,成像速度慢,空间分辨率差,价格昂贵,图像易受多种伪影影响,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,谢谢！,School of Nuclear Science Technology Lanzhou University,